高壓變頻器在送水泵組中的應用

楊雙雅

摘 要：福建省石獅供水股份有限公司玉浦水廠（原名石獅市20萬噸水廠），日供水能力為44萬噸，是在舊水廠20萬噸水廠的基礎上再擴建20萬噸，2013年福建省石獅供水股份有限公司赤湖水廠建成通水后，大大緩解了玉浦水廠的供水負荷，使得玉浦水廠供水量有了較大的冗余量，同時也使得該水廠日夜間送水量頻繁地變化，玉浦水廠不得不頻繁地啟停送水機組或調節出水閥門。在送水泵組中應用高壓變頻調速，通過PID調節控制，不僅可實現恒壓供水，還可延長機組的使用壽命，確保供水的實效性與經濟性，實現了高效節能與穩定生產的有效統一。

關鍵詞：送水泵房；高壓變頻器；應用

中圖分類號：TU992.25 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0159-02

引言

水是人們生活與生產中必不可少的一項資源，隨著社會的不斷發展以及人口不斷增多，社會各界對水的需求量也越來越大，對供水系統的安全性與供水質量也提出了越來越高的要求。在工廠送水泵組中應用高壓變頻器實施變頻節能改造，可以實現PID調節控制送水泵機組管網壓力，同時也可以使負荷較低時水泵的節流損失實現最大限度地降低，使機組的經濟效益實現全面的提升。因此，對高壓變頻器在送水泵組中的應用進行探究具有至關重要的現實意義。

1 主要設備及技術參數

舊廠有6臺送水泵，與擴建水廠及赤湖水廠通過合理調度，負責供應全市的生活與工業用水，根據用水量將其中的1-2臺投入使用。水泵配套電機型號為Y560-8型，功率為630kW/10kV。選用HARSVERT-VA10/045變頻器并配套一面手動一拖二切換柜。

2 技術改造

對送水泵房中的2#泵與4#泵實施變頻節能改造，在已建成的送水泵房內對兩組630kW/10kV電機機組添加變頻調速系統的改造，將原設計的轉子串級調速拆除改為高壓變頻器變頻調速。采用變頻器一拖二手動切換方式：（1）高壓供電回路使用舊電路。（2）采取恒壓變流形式來調節技改送水泵的轉速，將壓力維持在0.5MPa；（3）在MCC室并列安置原低壓供電設備及變頻柜。（4）增設10kV電力電纜，并更換Y560-8型電機1臺。（5）通過硬接線來實現與PLC控制系統的數據交換，可是必須將通訊接口保留下來，選用Profib-us-DP作為通訊協議。（6）調速范圍控制在20-50Hz。

對于一臺水泵來說，其水壓、流量和所需功率均會因葉輪轉速的改變而發生改變，它們之間的關系如下：

從上述關系可總結出如下結論：Q（水量）∝n（轉速）；P（水壓）∝n（轉速）；N（水泵軸功率）∝n（轉速），也就是說當轉速發生改變時，水壓、水量以及功率的變動速度也是各不相同的，而且功率的改變速率最大。當轉速降至70%時，水量也會隨之降至70%，可水壓會下降至49%、功率會下降至34.3%。可見，通過對水泵轉速進行調節，便可改變水壓和水量，無需對閥門進行調節來改變管道的阻力特點，這樣可以有效的減少節流損失，從而實現節能的效果。

3 高壓變頻器的優勢

高壓變頻器具有如下幾點優勢：（1）利用高壓變頻器對電機實施調速改造，如果變頻器出現故障，電機仍可以直接掛工頻電網運作，可以有效地避免生產損失。而且高壓變頻器屬于高科技，具有較高的可靠性，可以有效的降低維修率，減少維護成本，從而使供水企業的經濟效益實現全面的提升。（2）利用高壓變頻器對電機實施調速改造時，只需將原先電機與開關的相連電纜斷開，并將變頻器加入其中即可，無需對機械與電機的連接關系進行更換，也無需更改任何基礎，操作便捷，而且也不會因場地而受到限制，具有較好的適應性。（3）高壓變頻器的調速精準度和智能化水平均非常高，其可以實現閉環運作，使送水泵組的自動化水平實現全面的提升，使工作量實現有效的減少，從而有效的降低人工成本投入。（4）高壓變頻器對電機和負載機械可實現真正的軟啟動，使電機和負載機械啟動時的沖擊問題得到有效的解決。倘若工藝有要求，電機還可以在短時間內多次反復啟動。（5）高壓變頻器具有較大的調速范圍，而且其還具有較高的效率，在負載機械及電機強度允許、且電機不過流的情況下，高壓變頻器還可以使機械及電機實現超速運作，從而最大限度地提升電機的工作效率。

4 改造效果

水泵類負載中水壓H、軸功率P、水泵流量Q等均與驅動電機（水泵）轉速n之間成正比例關系。

水泵類負載的流量調節控制形式主要包括兩種：變頻控制與變閥控制。

采取變閥控制來調節控制水泵類負載的流量，只是單純的改變了水泵流量和管網的特點，無法使水泵的速率發生改變，也根本無法使水泵系統的功率消耗實現有效的減小，無法達到節能的效果。

而采取變頻控制來調節控制水泵類負載的流量，則是通過提升水泵的速率來達到降低軸功率、減少能源損耗的目的，其可以達到較好的節能效果。因此，目前在對水泵組進行改造的過程中，普遍采用的是變頻控制的調節方式。本次研究也是采取變頻控制的方式來對已建成的送水泵組進行改造。

到目前為止，該項目的高壓變頻器一直處于比較穩定的運作狀態，起到了非常好的節能效果。據統計數據顯示：（1）改造之前，輸送1噸水需要損耗0.147度電能，將高壓變頻器應用于送水泵組中之后，輸送1噸水只需損耗0.105度電能，可節約28.6%的電能。由此可見，高壓變頻器具有非常好的經濟性。（2）改造之后，可實現軟起動電機，使機械系統因電機發動時所受到的沖擊實現有效的降低，可以使電機的使用壽命實現有效的延長，而且還可以對電機發動/停止時的管網“水錘”效應的出現起到有效的抑制作用。（3）經過變頻調速之后，在正常流量的情況下，水泵不僅可以使管網的給水壓力實現有效的減小，而且可以使管路接合處的泄漏現象的發生率實現最大限度的降低，從而使水泵機組運作的安全性和可靠性實現全面的提升。除此之外，將高壓變頻器應用于送水泵組中之后，針對不同的流量需要，其可以實現實時調控循環水管網的壓力PID，使生產工藝實現最大限度的優化。由此證明，此次送水泵組的改造工程取得了較為理想的節能改造效果。因此，將高壓變頻器應用于送水泵組之中，可以有效的減少能源損耗，具有較好的節能效果，是一種非常有效的節能改造方式。

5 結束語

總而言之，將高壓變頻器應用于送水泵組中，不僅可以有效的提升送水泵組的安全性與可靠性，而且其工作效率也非常高，最重要的是其可以對電機和環境起到有效的保護作用。因此，在送水泵組中全面推廣使用高壓變頻器，可以保障供水系統的健康、穩定運作，從而使人們的生產、生活用水得到有效的保障。

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